【文章內(nèi)容簡介】 “虛擬樣機 ，在此基礎(chǔ)上與其它模塊集成就可以滿足多方面的仿真要求． 模塊簡介： ADAMS /View(用 戶界面模塊 )是以用戶為中心的交互式圖形環(huán)境，它將簡單的圖標(biāo)、菜單、鼠標(biāo)點取操作與交互式圖形建模、仿真計算、動畫顯示等功能完美地集成在一起。其實體建模的內(nèi)核采用 Parasolid 格式，除提供了豐富的零件幾何圖形庫外，還提供了完整的約束開和力／力矩庫，支持布爾運算，建模工作快速。 ADAMS／ Solver(求解器 )是 ADAMS 系列產(chǎn)品的核心模塊之一，是求解機械 系統(tǒng)運動學(xué)和動力學(xué)問題的程序。該軟件自動形成機械系統(tǒng)模型的動力學(xué)方程，提供課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣 賞 靜力學(xué)、運動學(xué)和動力學(xué)的解算結(jié)果。 ADAMS／ Solver 有各種建模和求解選項， 以便精確有效地解決各種問題。 ADAMS／ Postprocessor(專用后處理模塊 )具有相當(dāng)強的后處理功能，它可以回放仿真結(jié)果，也可以繪制各種分析曲線。 ADAMS／ Postprocessor 還可以對仿真分析曲線進行一些數(shù)學(xué)和統(tǒng)計計算；可以輸入試驗數(shù)據(jù)繪制試驗曲線，并同仿真結(jié)果進行比較：對分析結(jié)果曲線圖進行各種編輯。 ADAMS／ Animation(高速動畫模塊 )是 ADAMS 的一個集成的可選模塊，該模塊使用戶能借助于增強透視、半透明、彩色編輯及背景透視等方法對已經(jīng)生成的動畫精細加工，增強動力學(xué)仿真分析結(jié)果。 動畫顯示的真實感。 ADAMS／ Hydraulics(液壓系統(tǒng)模塊 )，為了模擬包括液壓回路在內(nèi)的復(fù)雜機械系統(tǒng)的動力學(xué)性能， IDM 公司開發(fā) TADAMS／ Hydraulics 模塊。用戶使用該模塊，能夠精確地對由液壓系統(tǒng)驅(qū)動的復(fù)雜機械系統(tǒng) (如工程機械、汽車制動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、飛機起落架等 )進行動力學(xué)仿真分析。用戶可以在 ADAMSView 中建立液壓系統(tǒng)回路的框架，然后通過液壓驅(qū)動元件如油缸等將其連接到機械系統(tǒng)模型中，最后選取適當(dāng)?shù)?、功能最強的求解器分析整個系統(tǒng)的性能。 ADAMS／ Flex(柔性模塊 )是 ADAMS 與 Flex 軟件之間進行雙向數(shù)據(jù)通訊的接口?？裳芯咳嵝泽w對機械系統(tǒng)性能的影響，明顯提高仿真精度。 Flex 是合成柔性體的有效途。 ADAMS／ Flex 支持 ANSYS 和 IDEAS 的中性文件 (Neutral file)格式。通過柔性體節(jié)點增加適當(dāng)?shù)募s束和力，就可以使柔性體與其它剛體共同形成一個有機的 ADAMS 模型。 。 ADAMS／ Linear(系統(tǒng)模態(tài)分析模塊 )可將 ADAMS形成的機械系統(tǒng)非線性運動方程線性化，計算特征值、特征向量和狀態(tài)空間矩陣。 ADAMS／ Car(車輛模塊 )賦予工程師精確建立整套虛擬樣機的能力，其中包括懸架、傳動系、發(fā)動機、轉(zhuǎn)向機構(gòu)、 ABS 系統(tǒng)以及其它復(fù)雜總成。用戶可以在各種不同的道路條件下運行 ADAMS／ Car 模型，執(zhí)行駕駛操作，使車輛在試驗道路上正常行駛，用戶可以準(zhǔn)確模擬汽車的操縱穩(wěn)定性、乘坐舒適性、安全性及其它各項性能參數(shù)。 此外， ADAMS 還包括 Exchange(接口模塊 )、 Controls(控制模塊 )、 Insight(試驗設(shè)計與分析模塊 )、 Vibration(振動分析模塊 )、 Durability(耐用性分析模塊 )Driver(駕駛員模塊 )、 T 拍 (輪胎模塊 )等。 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣 賞 ADAMS 建模、仿真的步驟 用 ADAMS 進行建模、仿真和分析，一般要遵循以下步驟。如圖 31 所示，各步驟簡述如下： 圖 31 虛擬樣機設(shè)計流程 1．建造模型建模包含三部分工作： (1) 創(chuàng)建零件有兩種途徑：通過 ADAMSⅣ iew 的零件庫來創(chuàng)建各種簡單的運動單元 (零件 )：用 ADAMS／ Exchange 引入復(fù)雜的 CAD 形體 (會影響運行速度 )。 (2) 給模型施加約束和運動。 (3) 給模型施加各種作用力。 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣 賞 2．對樣機進行仿真分析 對模型進行初步仿真，通過仿真結(jié)果檢驗?zāi)Ｐ椭懈鱾€零件、約束及力是否正確，設(shè)置測量和仿真輸出。 3．校驗 模型 導(dǎo)入實際實驗測試數(shù)據(jù)，與虛擬仿真的結(jié)果進行比較。 4．完善模型 可以在模型中加入更復(fù)雜的單元，如在運動副上加入摩擦，用線性方程或一般方程定義控制系統(tǒng)，加入柔性連接件等等。使模型與真實系統(tǒng)更加近似。 5．優(yōu)化模型 對模型進行參數(shù)分析，優(yōu)化設(shè)計。 6．建立物理樣機 根據(jù)優(yōu)化設(shè)計的結(jié)果建立物理樣機。 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣 賞 第三章 基于 PRO/E 的液壓挖掘機參數(shù)化建模 本文主要的研究內(nèi)容是液壓挖掘機工作裝置的參數(shù)化建模。這要求設(shè)計者不僅要充分掌握產(chǎn)品設(shè)計的基礎(chǔ)理論知識，而且還能熟練的運 用 CAD 軟件進行參數(shù)化建模。因此本章首先對涉及到的理論知識，如液壓挖掘機概述、參數(shù)化設(shè)計技術(shù)、特征建模技術(shù)方面進行闡述，最后對所用的參數(shù)化設(shè)計軟件 PRO/ENGIEER 進行簡明的介紹。 液壓挖掘機概況 液壓挖掘機 液壓挖掘機是在機械系統(tǒng)傳統(tǒng)挖掘機的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種周期作業(yè)的土方機械，液壓挖掘機由于在動力裝置和工作裝置之間采用容積式液壓傳動，靠液體的壓力能進行工作。如圖 31 為正在工作的液壓挖掘機。 圖 31 正在工作的挖掘機 液壓挖掘機的組成 單斗液壓挖掘機的總體結(jié)構(gòu)包括動 力裝置、工作裝置、回轉(zhuǎn)機構(gòu)、操縱機構(gòu)、傳動系統(tǒng)、行走機構(gòu)和輔助設(shè)備等，液壓挖掘機結(jié)構(gòu)簡圖 32 所示。 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣 賞 圖 32液壓挖掘機基本組成簡圖 1一動臂； 2一斗桿； 3一鏟斗； 4一連桿機構(gòu)； 5一動臂液壓缸； 6一斗桿液壓缸； 7一鏟斗液壓缸 I一挖掘裝置； 11一回轉(zhuǎn)裝置； 111一行走裝置 工作裝置各運動部件之間采用銷軸鉸接，以動臂油缸來支撐和改變動臂的傾角，通過動臂油缸的伸縮可使動臂繞下鉸點轉(zhuǎn)動實現(xiàn)動臂的升降。斗桿鉸接于動臂的上端，由斗桿油缸控制斗桿與動臂的相對角度。當(dāng)斗桿油缸伸縮時，斗桿可繞 動臂上鉸點轉(zhuǎn)動。鏟斗與斗桿前端鉸接，并通過鏟斗油缸伸縮使鏟斗轉(zhuǎn)動。為增大鏟斗的轉(zhuǎn)角，通常采用搖臂連桿機構(gòu)來和鏟斗聯(lián)結(jié)。對于反鏟挖掘機來說，主要用于挖掘停機面以下的土壤，因此最大挖掘深度和最大挖掘半徑是其主要的作業(yè)尺寸。 液壓挖掘機的工作循環(huán)過程 液壓挖掘機工作循環(huán)過程的仿真是進行液壓挖掘機虛擬樣機研究必不可少的一個過程。液壓挖掘機的工作裝置動作以及機身的回轉(zhuǎn)和行走都由液壓傳動系統(tǒng)實現(xiàn)，原動機 (一般使用柴油機 )驅(qū)動雙聯(lián)液壓泵，把壓力油分別送到兩組多路換向閥，通過司機的操作，將壓力油單獨或同時送往液 壓執(zhí)行元件 (液壓馬達和液壓油缸 )驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu) (工作裝置 )工作。 其工作過程如下： 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣 賞 先下放動臂至挖掘位置，然后轉(zhuǎn)動斗桿及鏟斗，當(dāng)挖掘至裝滿鏟斗時，提升動臂使鏟斗離開土壤，邊提升邊回轉(zhuǎn)至卸載位置，轉(zhuǎn)斗卸出土壤，然后再回轉(zhuǎn)至工作位置開始下一次作業(yè)循環(huán)。動臂液壓缸主要用于調(diào)整工作裝置的挖掘位置，一般不單獨直接挖掘土壤；斗桿挖掘可以獲得較大的行程，但挖掘力要小一些。鏟斗挖掘的行程較短，為使鏟斗在轉(zhuǎn)斗挖掘結(jié)束的時候裝滿鏟斗，需要較大的挖掘力以保證能挖掘較大厚度的土壤，因此挖掘機的最大挖掘力一般是由鏟斗液壓缸實現(xiàn)的。 參數(shù)化建模與特征建模 目前， CAD 技術(shù)的基礎(chǔ)理論主要是以 PTC 公司的 Pro/E 為代表的參數(shù)化造型理論和以 SDRC 公司的 I 一 DEAS 為代表的變量化造型理論。這兩種方法都屬于基于約束的實體造型技術(shù)。 參數(shù)化建模是指在參數(shù)化造型過程中記錄建模過程和其中的變量 (也就是捕捉設(shè)計意圖 )以及用戶執(zhí)行的 CAD/CAM/CAE 功能操作。因此，參數(shù)化建模通過捕捉模型中的參數(shù)化關(guān)系記錄了設(shè)計過程。其本質(zhì)就是設(shè)計過程的記錄和回放。 這種記錄過程與次序有關(guān) (是順序化的 )。同時，它利用一系列定義好的參數(shù)對模型進行順序計算。 參數(shù)化建模的優(yōu)勢在于其速度快。其缺點是用戶必須提供幾何元素的全部尺寸、位置信息，即只有完全定義前一元素，然后才能定義下一個元素。 基于特征設(shè)計技術(shù) (feature Based Design Technology)是一種面向產(chǎn)品制造全過程的描述信息和信息關(guān)系的產(chǎn)品數(shù)字建模方法， PRO/ENGINEER、 I 一 DEAS、MDT、 Solidworks 等都是在一定程度上以參數(shù)化、變量化、特征設(shè)計為特點的新一代實體造型軟件產(chǎn)品。特征是一種實體概念，它不僅包括定義約束和幾何拓撲信息，還包括包含規(guī)則和屬性的幾何行為信息。特 征概念使工程師可以使用熟悉的術(shù)語與 CAD 系統(tǒng)進行交流。特征造型完成的功能如果用幾何原型布爾運算來實現(xiàn)可能要復(fù)雜得多。例如，通孔可以用一個足夠長的圓柱進行布爾差運算得到。如果將零件加厚，而這個圓柱又不夠長的話，這個通孔就變成盲孔了。相反，通孔“特征”卻能理解它必須徹底穿透零件這一規(guī)則，不管零件發(fā)生什么變化，它都能作到這一點。此外，特征還可以攜帶供其它有用的屬性信息 (如密度、硬度、熱傳導(dǎo)系數(shù)等 )。 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣 賞 參數(shù)化軟件 PRO/ENGIEER 介紹 PRO/ENGIEER 是世界領(lǐng)先的機械設(shè)計自動化解決方案，專門 用于機械計算機輔助設(shè)計。 PRO/ENGIEER 是一個適用于產(chǎn)品、模具等產(chǎn)品設(shè)計并具有基于單一數(shù)據(jù)庫、參數(shù)化設(shè)計、行為建模能力、特征造型、全相關(guān)性等特性的 CAD/CAEICAM 軟件系統(tǒng)。 下面簡單介紹一下 PRO/ENGIEER 參數(shù)化設(shè)計的特點： 單一數(shù)據(jù)庫： PRO/ENGIEER 是建立在統(tǒng)一基礎(chǔ)上的數(shù)據(jù)庫上，不象一些傳統(tǒng)的CAD/CAM 系統(tǒng)建立在多個數(shù)據(jù)庫上。所謂單一數(shù)據(jù)庫，就是工程中的資料全部來自一個庫，使得每一個獨立用戶在為一件產(chǎn)品造型而工作，不管他是哪一個部門的。換言之，在整個設(shè)計過程的任何一處發(fā)生改動 ，亦可以反應(yīng)在整個設(shè)計過程的相關(guān)環(huán)節(jié)上。 行為建模能力：行為建模技術(shù)是從 PRO/ENGIEER2020i 開始推廣的新技術(shù)。這種行為建模技術(shù)被業(yè)界作為第五代 CAD 技術(shù)。它通過把導(dǎo)出值 (比如容積 )包含到參數(shù)特征中，再反過來使用它們生成和控制其它模型的幾何圖形。 工程分析能力： Pro/MECHANI 是 PRO/ENGIEER 的一個比較獨立的模塊，是專門的工程分析模塊。它既可以和 PRO/ENGIEER 在一起使用，又可以獨立的使用，它的主要功能是有限元分析、靜力學(xué)分析、動力學(xué)分析、震動分析、熱力分析，最新的功能還可以進 行疲勞分析、疲勞預(yù)側(cè)等。 自動約束功能：在二維截面的繪制中，圖形自動約束功能大大提高了設(shè)計效率。這樣的約束主要有以下幾種 :水平、豎直、平行、垂直、共線、同心、相切 (包括圓與圓、圓與圓弧、圓弧與圓弧、直線與圓、直線與圓弧的相切 )、對稱、等長(等徑 )、角度、距離等等。 特征靈活性：因為在當(dāng)今的產(chǎn)品設(shè)計中，為了滿足客戶的要求，適應(yīng)市場的變化，更改設(shè)計是司空見慣的事。而如何縮短更改周期就成了需要研究的問題。在 PRO/ENGIEER 中，增加了一種稱為意向參考 (Intent Manager)的新功能。使用這種功能，設(shè)計 者可以定義特征建立的方式，利用這種定義方式，你可以靈活的構(gòu)建特征，并且在特征發(fā)生更改時仍然保持你的設(shè)計意圖，從而把設(shè)計人員從煩瑣的設(shè)計更改中解放出來。 PRO/ENGIEER 具有的這些特點，使其非常適合于機械產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計，并運用其參數(shù)化功能方便地進行系列化產(chǎn)品的開發(fā)。 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣 賞 工作裝置的參數(shù)化建模 動臂斗桿的結(jié)構(gòu)種類 通過對國內(nèi)外的幾十家公司的單斗反鏟液壓挖掘機工作裝置的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)其外形結(jié)構(gòu)都是基本一致的，其中動臂主要分為單動臂油缸支撐和雙動臂油缸支撐兩種，單動臂油缸的結(jié)構(gòu)主要用在小型挖掘機上，大 中噸位的挖掘機都采用雙動臂油缸支撐支撐。 斗桿機構(gòu)大致可以分為三種外形結(jié)構(gòu)： 1． 結(jié)構(gòu)特點是斗桿油缸耳支座板，鏟斗油缸支座耳板分開，是目前市場上最為常見的結(jié)構(gòu)。 2． 結(jié)構(gòu)特點是斗桿油缸耳支座板和鏟斗油缸耳支座板連成一體，使用該結(jié)構(gòu)的挖掘機廠商主要有久保田，石川島，南特，普什重機等。 3． 結(jié)構(gòu)特點是斗桿的側(cè)板，斗桿油缸耳支座板和鏟斗油缸耳支座板整個都由一塊板組成，或者側(cè)板和其中的一塊耳支座板是一體的，采用該結(jié)構(gòu)的挖掘機廠商主要有利勃海爾， JCB 等。 正因為工作裝置結(jié)構(gòu)上的相似性，為工作裝置的參數(shù)化設(shè)計提供了可能。一個成功 的參數(shù)化設(shè)計平臺，為結(jié)構(gòu)工程師節(jié)約了大量的時間和精力，提高了新產(chǎn)品開發(fā)效率，必將為企業(yè)帶來效益。 建模過程 對液壓挖掘機反鏟工作裝置的零件進行三維實體造